Лекция № 26. Современные технологии добычи и переработки газа

В Украине создана и развивается новая крупная отрасль промышленности – газовая, использующая огромные запасы природных горючих газов Прикарпатья и Юго-востока Украины (Шебелинка), а также искусственные (промышленные) горючие газы. К искусственным относят газы, получаемые переработкой (газификацией) твердого топлива, а также коксовые газы, крекинг – газы, доменные газы и др. Хотя производство искусственных газов имеет довольно значительные объемы, удельный вес их в общей добыче и потреблении газов в стране невелик.

К природным газам относят прежде всего газы, своим происхождением связанные с нефтью. Вместе с нефтью всегда добывают нефтяные или попутные газы. Во многих случаях насыщенность нефти газом очень высока: на одну тонну нефти попутно добывают 100-150 газа. Месторождения, в которых нефть отличается высоким содержанием газов, называют нефтегазовыми.

Наибольшее значение имеют чисто газовые и газоконденсатные месторождения, своим происхождением также связанные с нефтью. Будучи очень подвижными, газы легко перемещаются по пористым породам и в удобных для этого местах часто скапливаются в огромных количествах. Такие свободные (в отличие от нефтяных) газы составляют подавляющую часть ресурсов природного газа.

Практическое значение имеют и шахтные или рудничные газы. Они выделяются из угольных пластов и скапливаются в шахтах. Дегазация шахт, т.е. удаление из нее газа, является одним из важнейших условий нормальной их эксплуатации (рудничные газы, содержащие метан, вредны для здоровья людей и опасны в отношении взрывов и пожаров). Из угольных шахт ежегодно удаляют десятки миллионов кубометров газа. Использование этого горючего газа приобретает большое промышленное и коммунально-бытовое значение, особенно в таких крупнейших угольных бассейнах, как Донецкий, Приднепровский и Львовско-Волынский.

Однако основу современной газовой промышленности составляет добыча и транспортировка свободных природных газов. Природные газы являются самым дешевым и вместе с тем высоко теплотворным топливом. На 1 т условного топлива в виде природного газа затрачивается в 20 раз меньше труда, чем на добычу такого же количества топлива в виде угля, и в 5 раз меньше, чем на добычу 1 т условного топлива в виде нефти

Природные газы – это смесь различных газообразных углеводородов, из которых до 98% составляет метан (50-90%) и соответственно выше содержание других углеводородов – этана, пропана и бутана. Кроме углеводородов, в природном газе содержится некоторое количество азота, кислорода, водорода, окиси углерода, углекислого газа, сероводорода и других веществ в газообразном состоянии.

Природные газы, будучи дешевым и удобным в использовании топливом, в настоящее время уже широко используют как коммунально-бытовые потребители, так и главным образом промышленность

Наибольшее значение имеет использование газа в качестве топлива на электростанциях и в промышленной энергетике, где сейчас потребляется много добываемого в стране газа. С каждым годом расширяется применение газа в металлургии, цементной промышленности, машиностроении и других отраслях. Замена газом других видов топлива на тепловых электростанциях и в технологических процессах многих производств дает экономию топлива и труда, упрощает и интенсифицирует производственные процессы, уменьшает загрязненность атмосферы продуктами горения и т. д. Большие перспективы имеет использование природных газов в качестве сырья для химической промышленности. Содержащиеся в газе углеводороды можно переработать в важнейшие химические продукты (аммиак, ацетилен, метанол, сажу и др.). На основе природного газа производят наиболее дешевые азотные удобрения.

Добычу природного газа осуществляют следующим образом. Для вскрытия газоносного пласта пробуривают скважины, через которые благодаря пластовому давлению газ устремляется на поверхность. Если на газовом месторождении есть не­сколько скважин, то их связывают специальным газосборным кольцом, к которому подключены отдельные газовые скважины. Газ из всех скважин поступает на головную компрессорную станцию. Здесь его сушат и очищают от сероводорода.

В течение первых 2-5 лет происходит опытно-промышленная эксплуатация газовой залежи, в ходе которой уточняют свойства пласта, запасы газа, продуктивность скважины, степень подвижно­сти пластовых вод. В это время бурят скважины и ведут освоение газового промысла. Для извлечения газа из недр, его сбора, учета, транспортировки готовят к эксплуатации скважины и наземное оборудование. Одновременно добывают 10-20% от общих запасов газа. В процессе второго периода длительностью до 10 лет идет про­мышленная разработка, при которой добывают около 60% запаса газа. Для поддержания объема добычи на определенном уровне бурят новые эксплуатационные скважины, т.к. отбор газа из ранее пробуренных постепенно снижается. При снижении давления в скважине вводят в действие дополнительную компрессорную стан­цию, повышающую давление газа, отбираемого из залежи.

Третий период разработки месторождений не ограничен во времени и длится до исчерпания запасов. В этот период проводят мероприятия по увеличению добычи газа из скважин: расширяют каналы скважин с помощью обработки соляной кислотой или гидропескоструйным методом; производят обратную закачку газа, из которого удалены тяжелые углеводороды, в залежи по нагнетательным скважинам закачивают воду (обводнение).Общая разработка газовой залежи длится 15-20 лет. В отличие от твердого и жидкого топлива природный газ должен сразу направляться непосредственно к потребителю. Поэтому добыча газа представляет собой комплексный процесс, состоящий из его добычи и транспортировки.

Очищенный газ под давлением в 5,5 7,5 Мпа, сообщаемым компрессорами головной станции (если пластовое давление недо­статочно велико), направляют и магистральный газопровод. Комп­рессорные станции располагают на газопроводе через каждые 100—150 км. Пройдя это расстояние, газ имеет давление уже только в 3-4 МПа. Очередная компрессорная станция вновь поднимает давление газа в магистрали. Так, от одной компрессорной станции к другой газ передают на тысячи километров. На подходе к большому городу газопровод обычно разветвляется на два полукольца, что улучшает распределение газа по городским газовым сетям и способствует поддержанию в них равномерного давления. Перед поступлением в городскую газовую сеть не имеющий запаха природный газ проходит через специальную одорирующую установку, в которой он получает определенный за­пах. Это необходимо для быстрого обнаружения случаев утечки газа из сети, что делает безопасным пользование им. Иногда одорирование производят на промышленной газораспределительной станции.

Природный газ, содержащий много метана, применяется в основном как вы­сокоэффективное топливо. Себестоимость его в среднем в 13 раз меньше, чем уг­ля. На добычу 1 т природного газа (в пересчете на условное топливо) затрачивает­ся труда меньше, чем на добычу такого же количества угля в 20 раз, а на добычу нефти — в 5 раз. Даже с учетом затрат на дальнюю транспортировку он эффек­тивнее местного топлива. Так, для Москвы природный газ в 1,5 раза дешевле ме­стного торфа и в 2 с лишним раза дешевле подмосковного угля, в Санкт-Петербурге он гораздо дешевле местного торфа и горючих сланцев. Поэтому при­родный газ широко используется как коммунально-бытовыми потребителями, так и, главным образом, промышленностью.

Что касается Украины, то здесь отмечается постоянный рост негативного влияния природных факторов на условия разработки и эксплуатации месторождений газа. Прежде всего, это проявляется в снижении пластового давления, производительности скважин, солеотложении, образовании пробок, увеличении объема ремонтных работ. В таких условиях газовая отрасль должна решать актуальные научно-технические проблемы в следующих направлениях:

1. Интенсификация притока газа к забою скважины. Для этого необходимо обеспечить нормальную эксплуатацию глубоко залегающих пластов, повышать производительность скважин старых месторождений, очищать призабойные зоны от глинистых частиц и т.д.

2. Сайклинг-процесс. Используется для дополнительной добычи газового конденсата (более 2 млн. т).

3. Создание месторождений-регуляторов на Востоке Украины. Вместе с подземными хранилищами газа они обеспечивают бесперебойную подачу газа потребителям в осенне-зимний период.

4. Разработка морских месторождений.

5. Введение в эксплуатацию малодебитных скважин и пластов с непромышленными запасами. Они имеют хорошую экономическую перспективу с учетом современных цен на энергоносители и стоимости их транспортировки. Наиболее перспективным будет их использование на региональном уровне для энергообеспечения местных производственных и жилищно-коммунальных объектов.

6. Утилизация вторичных энергоресурсов (ВЭР) на компрессорных станциях. Сегодня использование ВЭР составляет не более 3% из-за отсутствия теплоутилизационного оборудования. А утилизированное тепло можно было бы использовать не только для собственных нужд предприятия, но и соседних населенных пунктов, парниковых комбинатов и т.д.

7. Утилизация газа дегазации конденсата. Реализовать это можно путем сжигания газа в передвижных электростанциях.

8. Утилизация сверхнормативного давления на газораспределительных станциях и пунктах. Достигается за счет разницы технологических давлений, которые существуют в магистральных газопроводах и газораспределительных сетях.

9. Замена газотурбинных агрегатов на паротурбинные и т.д.